Шинное производство

Введение

Шинное производство является одной из ведущих отраслей нефтехимической промышленности.

Резиновая промышленность охватывает предприятия, основным сырьём которых является каучук, а готовой  продукцией резиновые изделия. Ассортимент  резиновых изделий чрезвычайно широк и постоянно расширяется. Своё применение резиновые изделия нашли практически во всех областях народного хозяйства и в быту. Среди них следует назвать, прежде всего шины. Перспективами развития шинной промышленности, в том числе в производстве легковых шин, является переход от диагональных покрышек к радиальным. Это связано с тем, что в радиальных покрышках более тонкий каркас, следовательно, покрышка более мягкая, менее разогревается и имеет меньшую материалоёмкость. Пятно контакта у шин типа Р изначально большое, следовательно лучше сцепление шины с дорогой, меньше износ протектора. Надёжность долговечность, комфортабельность, безопасность движения, топливная экономичность – эти преимущества обуславливают всё большее распространение радиальных шин.

Изготовление резиновых  смесей – один из наиболее сложных, ответственных и энергоёмких процессов производства резиновых изделий. Здесь используется большое количество разнообразного сложного и дорогостоящего оборудования с высокой степенью автоматизации. Основной задачей работы оборудования является получение необходимого количества высококачественных резиновых смесей путём смешения каучука (эластомера) с многими ингредиентами.

Резиновая смесь – это  многокомпонентная система на основе эластомера, используемая для изготовления резиновых изделий. В состав резиновых смесей входит ряд компонентов, причём состав и сами компоненты могут меняться в зависимости от типа и назначения резиновых смесей и изделий. Состав рецепта резиновой смеси выбирается опытным путём

В настоящее  время в технологии производства резиновых изделий используется так называемый сухой способ смешения эластомеров с другими компонентами в закрытых резиносмесителях. Для осуществления многотоннажного производства резиновых смесей по этому способу  создано несколько типов поточных линий. Наиболее распространёнными из них являются следующие: 1) поточные линии с индивидуальным оснащением весами и дозаторами резиносмесителя  периодического действия (индивидуальная развеска); 2) поточные линии с централизованной развеской и подачей компонентов резиновых смесей к резиносмесителям периодического действия в контейнерах или на люльках (подвесках) цепного конвейера.3) поточные линии с централизованно – индивидуальной развеской и изготовлением резиновых смесей в смесителях периодического действия большой мощности; 4) поточные линии с резиносмесителями непрерывного действия и индивидуальной развеской и непрерывным дозированием компонентов резиновых смесей.  Современное многотоннажное производство резиновых смесей состоит из ряда поточных автоматизированных линий, транспортных средств, бункерного хозяйства, весов дозаторов, загрузочных, разгрузочных, контролирующих, считывающих и других устройств, складского хозяйства, приборов, средств управления и ЭВМ.

Каждая поточная автоматическая линия изготовления резиновых смесей имеет ряд сблокированных и согласованно работающих агрегатов, машин и устройств, выполняющих последовательно следующие технологические операции:

1. Подготовка каучуков к дозированию и смешению;
2. Транспортирование сыпучих материалов и мягчителей от промежуточного склада к расходным бункерам, весам и дозаторам;
3. Дозирование или взвешивание порций компонентов и загрузка в резиносмеситель;
4. Изготовление маточных смесей;
5. Окончательная обработка (доработка) смесей;
6. Передача готовых смесей на агрегат – потребитель.

Поточная линия  должна иметь устройства компенсирующие неравномерность производительности отдельных машин, выход с неустановившегося на установившийся режим, переход с одной рецептуры на другую.

К основным факторам интенсификации производственных процессов  переработки и приготовления  резиновых смесей относится комплексная  механизация и автоматизация производства, технологические, экономические, организационно-технические, социальные и прочие факторы.

Ускорение темпов научно-технического процесса обуславливает  решение проблем комплексной механизации и автоматизации производства.

Механизация труда  рабочих, занятых на транспортных, погрузочно-разгрузочных и подсобных работах, на сортировке, упаковке и фасовке продукции - важный фактор интенсификации вспомогательных служб производства шин и РТИ. При решении этой задачи ведущее место отводится внедрению промышленных роботов и манипуляторов.

Автоматизация управления обеспечивает сокращение режимов  производственных процессов, позволяющее повысить производительность  труда.

Схема оперативного управления заводом позволяет обеспечить своевременный сбор, передачу и обработку информации, решение оперативных задач, а так же технико-экономических задач с требуемой периодичностью, выбор оптимальных вариантов управления производством в конкретных условиях. Выдачу оптимальных указаний и команд на основе анализа обработанной информации. К экономическим факторам интенсификации производства относятся ускорение оборачиваемости оборотных средств, уменьшение себестоимости товарной продукции, увеличение фонда отдачи и т д.

Организационно-технические  факторы интенсификации связаны  с усовершенствованием организации  производственных процессов от приема сырья и материалов с внешних транспортных средств до подачи и погрузки продукции на внешние транспортные средства, доставляющие ее потребителям.

Интенсификация  за счет социальных факторов достигается  в основном за счет внедрения научной  организации труда, то есть оптимальных  производственных и бытовых условий, способствующих влиянию показателей роста производительности труда, эксплуатационного, обслуживающего и административного персонала. Важным  социальным фактором является охрана труда и техника безопасности. К прочим факторам относятся: замена морально устаревшего оборудования, унификация основного и вспомогательного технологического оборудования, транспортно-складского оборудования, аппаратура систем автоматического управления, а так же проектных решений по различным пределам производства, специализация производства, решение экологических проблем.                        

1. Описание  принятого ассортимента изделия

Автомобильные шины с меридиональным (радиальным) расположением нитей корда в  каркасе (шины типа Р).

По конструкции шины подразделяются на стандартные и шины с меридиональным расположением нитей корда в каркасе (шины типа Р).

Рис. 1  Покрышка шин типа Р

1 – борт; 2 – каркас; 3 - протектор;

4 – брекерный пояс; 5 – боковина.

 В каркасе покрышки  шины типа Р нити корда в соседних слоях расположены параллельно по окружности ее поперечного сечения, т. е. по меридиану оболочки. Такое  расположение нитей корда называется  меридиональным или радиальным. Отсюда произошло название шины типа Р.

Меридиональное расположение нитей корда значительно снижает в них усилия, вызванные внутренним давлением воздуха. Это дает возможность уменьшить количество слоев корда в каркасе покрышки. Но уменьшение слойности каркаса требует усиления борта покрышки. Для этого применяют жесткую резиновую или металлокордную бортовую ленту, а в грузовых покрышках дополнительно металлокордные крылья.

Благодаря радиальному  расположению нитей корда и уменьшению слойности каркаса шины типа Р более эластичны, чем обычные шины, и поэтому лучше смягчают толчки и удары при движении автомобиля. Это качество шин типа Р способствует повышению их проходимости по сравнению с обычными шинами.

В покрышках шин типа Р применяется жесткий брекер (брекерный пояс) 4, состоящий из 4 – 6 слоев высокопрочного корда с малым удлинением или 2—3 слоев металлического корда, расположенных крест-накрест под углом друг к другу. Жесткий, нерастягивающийся брекерный пояс шин типа Р охватывает каркас в окружном направлении и вместе с ним и протектором обеспечивает прочность покрышки Металлокорд придает брекерному поясу большую прочность по сравнению с текстильным кордом. Благодаря этому брекер на основе металлокорда лучше защищает каркас от пробоев и повреждений, чем брекер из текстильного корда.

Протектор покрышки типа Р отличается от протектора стандартной покрышки большей толщиной при том же весе покрышки. В протекторе большей толщины увеличивают глубину рисунка, что позволяет повысить пробег шин до полного износа.

Боковины покрышки типа Р изготовляют из эластичной резины отдельно от протектора.

К недостаткам шин  типа Р относится возникновение  трещин на боковинах при сильной деформации их в процессе эксплуатации.

Таблица 1  - Основные характеристики готового изделия.

           Конструкция покрышки

Каркас состоит из одного слоя обрезиненного корда марки 21КНТС-Д. Капроновый тип волокна обладает высокой прочностью, устойчивостью к действию многократных деформаций изгиба, влагостойкостью и меньшей массой по сравнению с вискозным кордом. К преимуществам покрышек с использованием капронового корда в отличие от металлокордных покрщпек относится: высокая эластичность и усталостные показатели, низкая плотность материала, что приводит к уменьшению массы шины, и высокая стойкость к действию воды, а также легкость обрезинивания и раскроя корда.

Прослойка каркаса  предназначена для предотвращения протекания гермослоя между нитями каркаса при формовой вулканизации.

Бортовое кольцо имеет прямоугольное сечение, так  как оно более технологично в изготовлении. Оно придаёт борту необходимую жёсткость и прочность.

Обёрточная  лента служит для укрепления крыла  в покрышке. 

Наполнительный  шнур заполняет полости и способствует формированию борта.

Брекер изготавливают из корда марки 2Л30НТ, характеризующиеся высокой прочностью и малой растяжимостью.

Протектор трехслойный. Так как разные части протектора работают в различных условиях, то он агрегируется на шприцмашине единой деталью из трех резин: беговой слой, подканавочный слой и минибоковина.

Боковина покрывает боковые стенки каркаса и предохраняет его от влаги и механических повреждений.

Требования к резинам  и резиновым смесям.

При выборе резиновой смеси должны соблюдаться следующие требования:

• Обеспечить необходимый комплекс физико-механических свойств резин, которые являются ответственными при эксплуатация изделия.

• Обеспечить хорошие технологические свойства резиновых смесей.

• Применить более экономически выгодные рецепты.

Обкладочные резины радиальных шин должны обладать следующими свойствами: высокой выносливостью при многократных деформациях, низким теплообразованием, не высоким модулем, высоким сопротивлением тепловому старению, высоким сопротивлением раздиру, высокой прочностью связи с текстильным кордом и соседними слоями шины. Такими же свойствами должны характеризоваться резины для кордной бортовой ленты.

Резиновые смеси для изготовления этих деталей должны обладать следующими свойствами: хорошей вальцуемостью и каландруемостью, хорошей клейкостью.

           2. Обоснование рецептуры резиновой смеси.

В проект закладывается  рецепт обкладочной резиновой смеси  шифра МК – 1 для изготовления шин 175/70R13 модели Я – 710, представленный в таблице 2.

Таблица  2 – Рецепт резиновой смеси шифра МК – 1.

Обкладочные резины применяют для каркаса и брекера. Они должны обладать высокими прочностью, эластичностью, сопротивлением многократным деформациям, теплостойкостью и  обеспечивать необходимую прочность  связи с кордом. Поэтому в каркасных  резинах используются различные комбинации СКИ-3 с СКМС-30АРКМ-15.    Данная резиновая смесь изготавливается на основе каучуков СКИ-3 и СКМС-30АРКМ в соотношении 85,71/14,29, так как СКИ-3 обеспечивает необходимый комплекс физико-механических свойств каркасных резин.

Каучуки СКИ выпускаются  промышленностью с достаточно высокой  пластичностью, поэтому при изготовлении резиновых смесей не требуется предварительной  пластикации. Каучуки СКИ легко  смешиваются с ингредиентами  и другими каучуками. Смеси, изготовленные  на их основе, легко шприцуются, имеют гладкую глянцевую поверхность и обладают высокой клейкостью.

Каучук СКМС-30АРКМ имеет нерегулярную структуру, поэтому  для получения приемлемых физико-механических показателей резин на его основе в смесь целесообразно добавлять активные наполнители. Использование этого каучука в комбинации с СКИ-3 позволяет обеспечить хорошие технологические свойства резиновых смесей. В состав обкладочной резины каучук СКМС-30 АРКМ-15 добавляют для снижения стоимости.

Поскольку каучуки, составляющие основу резины, являются непредельными, в качестве вулканизующего агента используется природная сера, которая обеспечивает необходимые прочностные свойства резин, высокую эластичность и выносливость при многократных деформациях.       

Вулканизация  осуществляется с использованием серной вулканизующей системы, включающей природную серу, гексол ХПИ в качестве вулканизующего агента, сульфенамид Ц в качестве ускорителя вулканизации, белила цинковые и олеиновую кислоту в качестве активаторов.

В качестве вулканизующего агента используется природная сера,  которая обеспечивает необходимые прочностные свойства резин, высокую эластичность и выносливость при многократных деформациях..

В качестве ускорителя вулканизации используется сульфенамид Ц. Это  эффективный ускоритель с замедленным действием в начале вулканизации. Он придает резинам высокие модули, повышенные сопротивление раздиру и эластичность наряду с хорошей износостойкостью. В данном рецепте С_S.>С_УСК,  - наибольшая степень сульфидности, что в свою очередь обеспечивает высокую прочность и высокую усталостную выносливость, а также хорошую адгезию скордом 21-КНТС-Д.

В качестве активаторов  вулканизации применяются белила цинковые и кислота олеиновая. Белила цинковые, выполняя функцию первичного активатора вулканизации, способствуют улучшению физико-механических показателей резин: повышают сопротивление раздиру и прочность, динамическую выносливость резин. Кроме того, белила цинковые несколько сокращают время достижения оптимума вулканизации. Кислота олеиновая – вторичный активатор. Белила цинковые и кислота стеариновая участвуют в образовании так называемого сульфидирующего комплекса, который является действительным агентом вулканизации. Помимо активации процесса вулканизации кислота стеариновая снижает вязкость резиновых смесей, способствует диспергированию наполнителя, улучшает распределение ингредиентов и обрабатываемость резиновых смесей.

 Гексол применяется как модификатор и ускоритель вулканизации. При его введении повышается прочность сцепления между слоями каркаса шин при нормальных и повышенных температурах (образуются С-С связи, что повышает теплостойкость).

В качестве наполнителя  используется техуглерод двух марок: N339 и N650. Техуглерод  N339 является активным, высоко дисперсным техническим углеродом, в большей степени повышающий прочность резин, в данном рецепте вводится небольшое его количество – 14,29 мас.ч. Для получения хорошей адгезии, понижения теплообразования вводится техуглерод N650 в значительно большем количестве по сравнению с техуглеродом N339  - 47,62 мас.ч.

Для облегчения процессов изготовления и переработки  резиновой смеси используют пластификаторы битум хрупкий и канифоль. Кроме  того,  в присутствии канифоли замедляется подвулканизация и  улучшается диспергирование порошкообразных ингредиентов. Добавка канифоли увеличивает клейкость, положительно влияет на эластические и динамические свойства резин.

Диафен ФП является эффективным  антиоксидантом, антиозонантом и  противоутомителем, значительно повышающим выносливость резин в условиях многократных деформаций, хорошо защищает резину от теплового, светоозонного и атмосферного старения.

Защитный воск повышает эффективность действия противостарителей, увеличивая их концентрацию в наружных слоях изделия и повышая стойкость  последних к старению. Улучшает технологические свойства (залипания к оборудованию). Кроме того, сам воск, образуя плотный защитный слой на поверхности резины, препятствует сорбции и диффузии озона и кислорода в резину при длительном хранении.

     В  качестве замедлителей подвулканизации используется фталевый ангидрид и бензойная кислота, действие которых состоит в том, что они уменьшают скорость присоединения серы к каучуку.  

Для обрезинивания  текстильного корда 21КНТС-Д каркаса принимаем резиновую смесь МК-1, рецепт которой представлен в таблице 3.

Таблица 3 – Расчет рецепта резиновой смеси МК-1

Теоретическая плотность смеси 1134 кг/м³.

Характеристика ингредиентов резиновой смеси МК – 1 приведена в таблице 8.

           2.1.  Характеристика сырья и материалов

Краткая характеристика каучуков и ингредиентов приведена в таблице 8. Более подробная характеристика сырья и материалов приведена ниже.

Синтетический изопреновый каучук СКИ-3(ГОСТ 14925-79)

Синтетический изопреновый каучук (СКИ) – полимер  изопрена               

 СН₂=С(СН₃)-СН=СН₂.

Структура повторяющегося звена – СН₂-С(СН₃)=СН-СН₂-.

Неполярный.

Параметр растворимости  при  температуре 25 ⁰С  - 16,2-17,0 (МДж/м³)^1/2.

Кристаллизуется при переохлаждении и растяжении.

Молярный объем  при температуре 25 ⁰С аморфного полимера  - 75,7 см³/моль.

Синтетические изопреновые  каучуки являются аналогами натурального каучука. Это - продукты ионно-координационной полимеризации изопрена. Их получают в растворе в присутствии комплексных (координационных) катализаторов Циглера-Натта, литиевых (литийорганических соединений, например, литийалкилов), редкоземельных катализаторов или металлического лития. Получение изопреновых каучуков с использованием различных каталитических систем включает следующие основные операции (не включая подготовку сырья): приготовление каталитического комплекса; полимеризация изопрена в изопентане; дезактивация катализатора; отмывка катализатора и стабилизация полимера; разложение гидрохлоридов изопрена; нейтрализация кислых стоков; выделение каучука; сушка и упаковка готового продукта.

Синтетические изопреновые  каучуки обозначаются СКИ. В настоящее  время в резиновой промышленности используется каучук СКИ-3, получаемый на катализаторах Циглера-Натта, в котором качестве металла переменной валентности используется титан.

Структура. По содержанию звеньев в той или иной изомерной  форме стереорегулярные изопреновые  каучуки аналогичны натуральному каучуку (табл. 4).

Несмотря на близкое  химическое строение природных и  синтетических полиизопренов, между  ними существуют определенные различия, которые находят отражение в  различии физических и химических свойств. Так, в синтетических полиизопренах отсутствуют некаучуковые вещества (природные белковые  соединения др.), их макромолекулы, содержащие большее количество 3,4-звеньев,  уступают  по  стереорегулярности    макромолекулам НК. В то же время синтетические полиизопрены превосходят природный каучук по чистоте, их состав не зависит от погодных и климатических условий.

Гель-фракция СКИ-3 представляет собой агрегаты отдельных линейных макромолекул. Структурная единица  геля представляет собой расположенное  в центре плотное ядро, являющееся остатком гетерогенного катализатора. К ядру одним концом прикреплены макромолекулы. Количество молекул в одном агрегате колеблется от нескольких десятков до нескольких тысяч. Ввиду большого числа физических зацеплений агрегаты образуют квазистабильную сетку сетку и проявляют формальные признаки поперечносшитых структур, то есть не растворяются в статических условиях и ограниченно набухают в различных растворителях.

Таблица 4 - Характеристика изопреновых каучуков